JPH0551948U

JPH0551948U - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH0551948U
Application number: JP10400091U
Authority: JP
Inventors: 浩哉桐村; 司林
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-07-09
Anticipated expiration: 2006-12-17
Also published as: JP2570594Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＣＲスパッタ装置の比較的低温で薄膜を形
成できるという利点と、マグネトロンスパッタ装置の高
速成膜できる利点を活用し、良質の薄膜を高速で形成で
きる薄膜形成装置を提供する。【構成】スパッタターゲット６を電界とこれに交わる
磁界によってスパッタリングし、該スパッタ粒子を基板
３へ放出するためのマグネトロンスパッタ部５と、外周
に磁石体４４を配置したプラズマ室４１にガスとマイク
ロ波を導入してマイクロ波プラズマを形成し、基板３へ
向け照射するためのマイクロ波プラズマ発生部４とを備
え、マグネトロンスパッタ部５の磁界の発生手段がプラ
ズマ室４１の外周に隣合わせて間隔をおいて多重に配置
したリング状磁石体４４、５１からなり、該多重の磁石
体のうちプラズマ室４１に最も近い内側の磁石体４４が
マイクロ波プラズマ発生部４の磁石体４４を兼ねてお
り、スパッタターゲット６が基板３へ向けて磁石体４
４、５１による磁界中に配置される薄膜形成装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は各種半導体デバイスの製造、基板上への超伝導膜の形成、機械部品等への耐食性、耐摩耗性膜の形成等に利用する薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の薄膜形成装置としては、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）を利用して得られる高活性マイクロ波プラズマと、固体ターゲットを原料とするスパッタ法を組み合わせたＥＣＲスパッタ装置、高周波電流又は直流による電界とこれに交わる磁界中に固体ターゲットを配置してスパッタするマグネトロンスパッタ装置等が知られている。

【０００３】前記ＥＣＲスパッタ装置では、通常、外周に磁石体を配置したプラズマ室に原料ガスとマイクロ波を導入することで高活性のプラズマを形成し、薄膜を形成すべき目的物へ向け照射する一方、プラズマ室からのプラズマ流を囲むように配置し、バイアス電圧を印加した円筒状のスパッタターゲットを、プラズマ中の一部イオンでスパッタリングし、そのスパッタ粒子をプラズマ流中で目的物へ飛行させ、供給する。

【０００４】このＥＣＲスパッタ装置は、目的物表面での薄膜形成が比較的低温で行われ、その結果、平滑性に優れる、緻密で内部応力の低い薄膜が形成される等の利点がある。また、マグネトロンスパッタ装置では、電界と磁界の作用で電子がサイクロトロン運動するため、高密度のプラズマが形成され、ターゲットのスパッタリングが円滑に行われるので、高速成膜が可能であるという利点がある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、ＥＣＲスパッタ装置では、スパッタターゲットの面が互いに対向しており、目的物に向いていないため、スパッタ粒子が円滑に目的物へ到達し難く、従って成膜速度が遅いうえ、目的物表面全体に均一に到達せず、膜の均一性が悪くなるという問題がある。

【０００６】そこで本考案は、ＥＣＲスパッタ装置の利点、すなわち比較的低温で薄膜を形成できるという利点と、マグネトロンスパッタ装置の高速成膜できる利点を活用し、良質の薄膜を高速で形成できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は前記目的に従い、スパッタターゲットを電界とこれに交わる磁界によってスパッタリングし、該スパッタ粒子を薄膜を形成すべき目的物へ放出するためのマグネトロンスパッタ部と、外周に磁石体を配置したプラズマ室にガスとマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを形成し、前記目的物へ向け照射するためのマイクロ波プラズマ発生部とを備え、前記マグネトロンスパッタ部の磁界の発生手段が前記プラズマ室の外周に隣合わせて間隔をおいて多重に配置した磁石体からなり、該多重の磁石体のうち前記プラズマ室に最も近い内側の磁石体が前記マイクロ波プラズマ発生部の磁石体を兼ねており、前記スパッタターゲットが前記目的物へ向けて前記多重配置の磁石体による磁界中に配置されることを特徴とする薄膜形成装置を提供するものである。

【０００８】前記マグネトロンスパッタ部の多重配置の各磁石体は、代表例としてリング形状のものを挙げることができる。また、スパッタ部の磁石体のホルダの一部又は全部が前記マイクロ波プラズマ発生部におけるプラズマ室を兼ねていてもよい。各磁石体は、電磁石でも永久磁石でもよい。マグネトロンスパッタ部における電界は交流によるもの、直流によるもの、いずれでもよい。

【０００９】さらに、マグネトロンスパッタ部で発生する高エネルギー粒子がプラズマ室からのプラズマ流に混入することをできるだけ防止するために、スパッタ部のスパッタ粒子放出部分に電子トラップ用アノードを臨ませることも考えられる。

【００１０】

【作用】

本考案薄膜形成装置によると、マグネトロンスパッタ部おいては、そこに存在するガスが電界と磁界の作用でプラズマ化され、該プラズマ中のイオンによりスパッタターゲットが円滑にスパッタリングされ、薄膜を形成すべき目的物へ向けスパッタ粒子が放出される。

【００１１】一方、マイクロ波プラズマ発生部では、プラズマ室に低圧のガスとマイクロ波が導入され、磁界の作用も加わって電子サイクロトロン共鳴のもとにマイクロ波プラズマが形成され、薄膜を形成すべき目的物へ向けプラズマ流が発生する。スパッタ部から放出されたスパッタ粒子はそのプラズマ流の中を飛行し、目的物表面に供給され、該表面に所望の薄膜を形成する。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。図１は一実施例の概略断面図であり、図２は図１の装置中の要部の配置関係を平面視で示す図である。この薄膜形成装置は、成膜室１を有し、その内部は排気系１１により所定の成膜真空度に維持できる。成膜室１中には基板ホルダ２が設置してあり、このホルダには表面に薄膜を形成すべき基板３が支持される。

【００１３】ホルダ２の下方にはマイクロ波プラズマ発生部４が設けてあり、その周囲にマグネトロンスパッタ部５が設けてある。プラズマ発生部４は、プラズマ室４１、このプラズマ室にマイクロ波を導入する導波管４２、ガスを導入するガス導入管４３、プラズマ室４１の外周を囲繞するリング状マグネット４４（プラズマ室内に基板方向の磁界が８７５ガウスを含む）を備えている。導波管４２から室４１への入り口にはセラミック窓４２１が設けてある。

【００１４】一方、スパッタ部５は、前記マグネット４４と、このマグネットの外側に所定の間隔をおいて重ね配置したリング状マグネット５１と、これら両マグネットのホルダ５２とを備えている。二重マグネット４４、５１のうち、内側のマグネット４４は上部にＳ極、下部にＮ極を有し、外側のマグネット５１は上部にＮ極を、下部にＳ極を有する。両マグネットの上端は同じ高さ位置に揃えてある。

【００１５】マグネットホルダ５２は内側マグネット４４の内周に沿って円筒状に立ち上がり、両マグネット４４、５１の上端面及びその間の間隙を覆い、さらに外側マグネット５１の外周に沿って円筒状に下がり、そのあと水平にフランジ状に外側へ延びている。両マグネット４４、５１の間隙には温度コントロール用の水Ｗを流すことができる。

【００１６】ホルダ５２は絶縁部５３を介して成膜室１の下端部に接続されている。ホルダ５２の上面５２２は、スパッタターゲット６の支持面を兼ねており、ターゲットはここに支持されて、基板３に向けられる。また、ホルダ５２にはアースシールド板５４が被せられ、この板体は、全体が平面視で二重リング形状をしており、ターゲット６が基板３に臨むことができる窓５４１（二重リングの間）を残してホルダ５２及びその上のターゲット６に被せられ、その一部５４２はプラズマ室４１中へ、その周壁に沿って円筒状に下降し、プラズマ室４１の内周壁を形成している。

【００１７】さらに、シールド板５４の窓５４１に臨む位置に二重リング状にアノード７が配置されている。成膜室１及びアースシールド板５４は接地され、マグネットホルダ５２には高周波電源５５が接続され、アノード７には正電圧印加電源７１が接続される。なお、プラズマ室４１、マグネット４４、５１、ターゲット６を平面から見た位置関係は図２に示すとおりである。図２において、破線はターゲット６を、一点鎖線はマグネット４４、５１を示している。

【００１８】以上説明した薄膜形成装置によると、基板ホルダ２に基板３が取り付けられるとともに、マグネットホルダ５２の上面５２２にリング状のスパッタターゲット６が配置され、アースシールド板５４の窓５４１を介して基板３に向けられる。この状態で成膜室１内が排気系１１にて１０^-5〜１０^-4Ｔｏｒｒ程度の所定成膜真空度に維持される。

【００１９】さらに、マイクロ波プラズマ発生部４では、プラズマ室４１中へ、形成すべき薄膜に応じた不活性ガス及び（又は）反応性ガスが真空度１０^-5〜１０^-4Ｔｏｒｒ程度が維持されるように低圧で導入されるとともに、導波管４２より２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導入される。かくして、マグネット４４の磁界作用のもとにプラズマ室４１中にはＥＣＲ効果によりプラズマが形成され、プラズマ室４１から基板３へ向けプラズマ流Ｐが発生、持続する。

【００２０】一方、マグネトロンスパッタ部５において、マグネットホルダ乃至ターゲットホルダ５２に電源５５から高周波電圧が印加され、これによる電界と直交する方向に両マグネット４４、５１による磁界が作用して比較的高密度のプラズマが発生し、該プラズマ中のイオンによりターゲット６が効率良く円滑にスパッタリングされ、スパッタ粒子Ｓがシールド板の窓５４１から放出され、前記プラズマ流中を飛行して基板３表面全体に均一に到達する。かくして該表面全体にわたり、所望の薄膜が比較的低温で均一に高速形成される。

【００２１】マグネトロンスパッタ部５で発生する高エネルギー電子は正電圧を印加されたアノード７にトラップされ、この高エネルギー電子が多量にプラズマ流に混入すれば生じる弊害が一層確実に防止される。

【００２２】

【考案の効果】本考案薄膜形成装置によると、次の利点がある。ＥＣＲマイクロ波プラズマによる低エネルギーのイオン照射と、マグネトロンスパッタとを併用することができ、従ってイオンアシストとマグネトロンスパッタとで低温且つ高速成膜が可能である。また、低温成膜が可能であるから、高品質の膜を形成できる。ＥＣＲによるマイクロ波プラズマ発生部を用いるため、低い成膜ガス圧で、薄膜を形成すべき目的物へ到達するプラズマ流を持続でき、従ってそれだけ高純度の膜を形成できる。スパッタ粒子は、目的物へ向け放出され、マイクロ波プラズマ発生部へ混入する恐れは無いに等しいので、それだけ高品質の薄膜を形成できる。ＥＣＲ条件に必要な磁界を、マグネトロンスパッタに用いる磁石体によって得ることができるので、以上の利点があるにもかかわず、小型安価に製作することができる。マイクロ波プラズマ発生部とマグネトロンスパッタ部とは一部磁石体を併用している点を除いて互いに独立しているため、個々の制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の概略断面図である。

【図２】図１の装置中の要部の配置関係を平面視で示す
図である。

【符号の説明】

１成膜室１１排気系２基板ホルダ３基板４マイクロ波プラズマ発生部４１プラズマ室４２マイクロ波導波管４２１セラミック窓４３ガス導入管４４マグネット５マグネトロンスパッタ部５１マグネット５２マグネットホルダ５３絶縁部材５４アースシールド板５４１シールド板の窓５５高周波電源６スパッタターゲット７アノード７１正電圧印加電源

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】スパッタターゲットを電界とこれに交わ
る磁界によってスパッタリングし、該スパッタ粒子を薄
膜を形成すべき目的物へ放出するためのマグネトロンス
パッタ部と、外周に磁石体を配置したプラズマ室にガス
とマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを形成し、
前記目的物へ向け照射するためのマイクロ波プラズマ発
生部とを備え、前記マグネトロンスパッタ部の磁界の発
生手段が前記プラズマ室の外周に隣合わせて間隔をおい
て多重に配置した磁石体からなり、該多重の磁石体のう
ち前記プラズマ室に最も近い内側の磁石体が前記マイク
ロ波プラズマ発生部の磁石体を兼ねており、前記スパッ
タターゲットが前記目的物へ向けて前記多重配置の磁石
体による磁界中に配置されることを特徴とする薄膜形成
装置。
【請求項２】前記マグネトロンスパッタ部における多
重配置の各磁石体がリング状磁石体である請求項１記載
の薄膜形成装置。
【請求項３】前記マグネトロンスパッタ部のスパッタ
粒子放出部分に電子トラップ用アノードを臨ませた請求
項１又は２記載の薄膜形成装置。